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太原理工大学在液态金属弹性体高性能柔性传感器研究获进展

文章来源：新材料在线更新时间：2023-01-05 16:18:42

日前，太原理工大学机械与运载工程学院张东光副教授课题组在新能源汽车智能传感研究领域取得重要研究进展，研究以“Segregated and Non-settling Liquid Metal Elastomer via Jamming of Elastomeric Particles”为题发表在国际顶级学术期刊《Advanced Functional Materials》(影响因子2021：19.924)。该论文的第一署名单位为太原理工大学，研究生薛小婷为论文第一作者，张东光副教授、吴亚丽副教授、西安科技大学杨嘉怡副教授为论文共同通讯作者。

基于镓基液态金属的弹性聚合物在智能传感器、智能座舱、软体机器人、可穿戴设备和人机界面等多领域有着广泛的应用。然而，传统液态金属弹性体（LME）由于液态金属密度偏大，存在液态金属沉降的问题，降低了LME的性能，增加了LME的成本，无法满足新能源汽车智能座舱离手监测、人机交互等应用场景的实际需求。

图2.仿石榴果实的LMEP制备图及其性能表征。（a）石榴果实光学照；（b）石榴果实结构图；（c）LME和LMEP制备流程图；（d）fPPs=20%时，不同液态金属体积分数下LMEP的电阻值；（e）LMEs和LMEPs的介电常数曲线图；（f）fPPs=30%时，不同液态金属体积分数下LMEP的热导率

张东光副教授课题组通过模仿石榴果实结构（图2a、b），将具有阻塞效应的聚二甲基硅氧烷颗粒（PPs）引入传统液态金属弹性体（LME）中，研发了一种低成本、低密度、无沉降的液态金属弹性体（LMEP）高性能柔性传感器。PPs降低了创建导电路径所需的负载，从而降低了相对于LME的密度和成本。令人惊讶的是，粒子在固化LMEP之前渗透到导电路径，但在LME中没有。通过改变LM颗粒、聚二甲基硅氧烷预聚体和PPs的体积分数，研究了LMEP的介电常数、电导率和导热系数，并提出了最佳配比的LMEP。此外，还演示了用于可穿戴电子设备的基于lmep的传感器和电路。该传感器在新能源汽车智能座舱领域具有巨大的应用潜力。

图3.不同衬底上的LMEP柔性电路（a）PDMS衬底；（b）Ecoflex衬底；（c）特氟龙板和特氟龙胶带

张东光副教授，博士毕业于吉林大学，2018-2019年国家公派赴美国北卡罗来纳州立大学访问交流，主要从事新能源汽车柔性传感器及智能监测等方面的研究。主持承担国家自然科学基金、中国博士后科学基金、山西省科技重大专项等科研项目，发表高水平学术论文20余篇，授权国家发明专利30余件。

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